基于CATIA知識工程的標準件智能化設(shè)計

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

辜斌劉勇王永峰來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:CATIA 知識工程標準件智能化設(shè)計
針對CATIA知識工程的特點,應(yīng)用智能化設(shè)計理論,對CATIA中標準件智能化設(shè)計的實現(xiàn)方法進行了研究。通過高強度大六角頭螺栓連接件庫的設(shè)計實例,介紹了標準件智能化設(shè)計的基本開發(fā)手段和一般步驟。

0 引言
對市場需求的快速響應(yīng)已成為制造業(yè)者生存發(fā)展的重要因素之一,傳統(tǒng)的參數(shù)化標準件庫已不能適應(yīng)產(chǎn)品快速變型設(shè)計的要求,其調(diào)用裝配過程繁瑣,且不具備隨關(guān)聯(lián)部件自動變換型號的能力。將知識工程理論引入標準件的設(shè)計可以很好地解決這些問題,實現(xiàn)標準件的智能化設(shè)計。
    1 CATIA知識工程的特點
所謂知識工程,其核心就是將有關(guān)的學(xué)科知識、相關(guān)設(shè)計標準及規(guī)范、設(shè)計參數(shù)選擇規(guī)律、設(shè)計歷史資料等建成知識庫并嵌人到設(shè)計軟件中,通過邏輯判斷和推理,實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化設(shè)計。
在CATIA軟件中,知識工程原理通過知識工程模塊(Knowledge ware)和嵌人各模塊的知識工程語言包(Knowledge Language Packages)來體現(xiàn)。其核心是知識工程語言(EKL),分4個等級,由低到高分別是數(shù)學(xué)工程語言(M-EKL )、核心工程語言(C-EKL)、高級工程語言(A-EKI.)和擴展工程語言(X-EKL) o前3類語言一般應(yīng)用在公式、設(shè)計表、規(guī)則、檢查、行為等知識工程工具中,而X-EKI.一般是在用戶二次開發(fā)知識工程語言中應(yīng)用.
    2 標準件智能化設(shè)計的實現(xiàn)方法
由于標準件擁有嚴格的設(shè)計標準和明確的選擇規(guī)律,完全符合應(yīng)用知識工程原理的條件,因此如果將這些規(guī)律建成知識庫嵌人其三維模型中,形成智能化的標準件庫,再應(yīng)用基于模板的二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用于標準件庫模板的界面,就可達到標準件設(shè)計智能化、自動化之目的。
    2. 1 建立智能化標準件庫模板
智能化標準件庫是以功能套件為基本單元構(gòu)成,套件的各組成零件由知識庫驅(qū)動,并利用知識庫定義套件的外部引用接口。以緊固件中的螺栓連接為例,它的功能套件是不同形式的螺栓、螺母、墊片組合的裝配體模型。這些套件中包含了以設(shè)計標準構(gòu)建的驅(qū)動零件尺寸的知識庫和以選擇規(guī)則編寫的驅(qū)動套件外部接口的知識庫。
建立智能化的標準件庫模板一般要遵從以下幾個步驟:①根據(jù)國家標準明確功能套件的組成零件,將各零件參數(shù)化,并根據(jù)設(shè)計標準來建立驅(qū)動零件模型的數(shù)據(jù)表(Design Table),將各組成零件模型裝配成套件模型,并參數(shù)化裝配約束關(guān)系,這一步要利用CATIA知識工程中的公式(Formula )和設(shè)計表(Design Table)工具,主要實現(xiàn)語言是數(shù)學(xué)工程語言(M-EKL)和核心工程語言(C-EK L );②依據(jù)設(shè)計標準,建立驅(qū)動零件參數(shù)表的知識庫,其功能是將裝配參數(shù)與零件參數(shù)聯(lián)系起來,達到以裝配參數(shù)驅(qū)動零件參數(shù)表的目的,這里依據(jù)功能套件所包含的知識容量不同,在CAT1A中用多種手段來表達這些規(guī)律,如規(guī)則(Rule )、檢查( Check )、反應(yīng)(Reactions )、動作(Actions)以及VBA腳本,此處將會使用到CATIA的高級工程語言(A-EKL) ;③通過分析選擇規(guī)律,建立功能套件的選擇規(guī)則知識庫,其作用是由選擇規(guī)則和外部關(guān)聯(lián)元素來驅(qū)動裝配參數(shù),這一步對于標準件來說十分關(guān)鍵,因為標準件的參數(shù)變化都是離散的,只有建立好了選擇這些離散數(shù)值的知識庫,才能保證標準件模型能隨產(chǎn)品模型自動變型,此知識庫的建立將可能使用CATI A知識工程的所有手段。
    2. 2 建立標準件庫模板的自動應(yīng)用界面
    傳統(tǒng)的CAD二次開發(fā)是利用API函數(shù)的開發(fā)來完成構(gòu)造特殊三維幾何模型功能的程序。而隨著知識工程引人到CAD中,構(gòu)造特殊三維模型的工作完全能夠通過知識工程工具直觀、高效地完成。因此,標準件智能化設(shè)計二次開發(fā)的重點是解決人機界面設(shè)計和標準件庫模板調(diào)用的自動化問題。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設(shè)計autocad案例圖片1

(1)其目標是建立友好的人機界面,使其能基于標準件庫智能化的接口傳遞相應(yīng)參數(shù),不僅指數(shù)值參數(shù),也包括點、線、面等參考
(2)分析套件的裝配關(guān)系可知,夾緊長度l和螺紋規(guī)格d是套件的主要裝配參數(shù)。依據(jù)設(shè)計標準,由l和d建立驅(qū)動零件的形狀參數(shù)表的知識庫,并應(yīng)用公式(Formula)工具參數(shù)化各零件的約束關(guān)系,建立參數(shù)化的裝配模型。
(3)根據(jù)國標規(guī)定的l與螺栓公稱長度l、安裝孔直徑D與d的關(guān)系表,利用規(guī)則(Rule)工具建立選擇規(guī)則知識庫,以使裝配模型能根據(jù)外部條件自動選擇合乎標準的零件,型號選擇規(guī)則流程圖見圖2。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設(shè)計autocad案例圖片2

(4)建立智能化庫文件的應(yīng)用界面。通過分析實際應(yīng)用環(huán)境,選擇兩個安裝面和安裝孔特征作為輸人條件輸人給應(yīng)用界面程序。程序再將螺栓連接智能化庫的套件實例化到應(yīng)用環(huán)境,并將定位參數(shù)和驅(qū)動參幾何元素),并且能夠盡量利用程序自動獲取這些存在于調(diào)用環(huán)境里的參數(shù)。在實現(xiàn)過程中,關(guān)鍵要注意應(yīng)用環(huán)境與標準件庫之間的關(guān)系,必須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計產(chǎn)生參數(shù)的算法,以滿足自動調(diào)用標準件庫的需要。在CATIA中,可以利用VB或是CAA開發(fā)工具,通過擴展工程語言(X-EKI.)實現(xiàn)這些算法.
3 應(yīng)用實例
以鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓聯(lián)接智能化設(shè)計為例,簡單說明應(yīng)用上述方法實現(xiàn)標準件智能化設(shè)計的過程。
(1)根據(jù)國標(GB-T 1228.GB-T 1229,GB-T1230,GB-T 1231)和使用情況可將該庫劃分為兩個套件構(gòu)成,一個套件是在螺栓頭端與螺母端都加墊圈的安裝方案,另一個是只在螺母端加墊圈的安裝方案。將螺栓、螺母、墊圈由國標數(shù)據(jù)參數(shù)化并與設(shè)計表相關(guān)聯(lián),三維模型與部分設(shè)計表見圖l.數(shù)傳遞給實例化后的三維模型。該模型再通過自帶的選擇規(guī)則知識庫和驅(qū)動零件參數(shù)表知識庫自動判斷輸人的參數(shù)條件,變型為適合安裝環(huán)境的標準件型號.智能化螺栓聯(lián)接庫的應(yīng)用結(jié)果見圖3。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設(shè)計autocad案例圖片3

一個智能化的螺栓聯(lián)接庫就此建立。應(yīng)用此標準件庫,可在友好的界面下快速地完成連接螺栓的智能化設(shè)計,并且實例化到應(yīng)用環(huán)境中的螺栓連接套件會隨關(guān)聯(lián)部件的變化而自動變換型號。
4 結(jié)論
研究了基于知識工程的標準件智能化設(shè)計方法,總結(jié)出標準件智能化設(shè)計的一般步驟,并以鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓聯(lián)接智能化設(shè)計為例,利用CATIA的知識工程語言實現(xiàn)了一個標準件庫的智能化設(shè)計。這種基于知識工程的智能化設(shè)計是解決產(chǎn)品快速變型設(shè)計的有效手段,不僅能在標準件設(shè)計中應(yīng)用,在其它存在規(guī)范和標準的機械產(chǎn)品設(shè)計中也值得嘗試。

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